一、應(yīng)變式傳感器簡介

　　應(yīng)變式傳感器是基于測量物體受力變形所產(chǎn)生的應(yīng)變的一種傳感器。電阻應(yīng)變片則是其最常采用的傳感元件。它是一種能將機(jī)械構(gòu)件上應(yīng)變的變化轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感元件。

　　二、應(yīng)變傳感器工作原理

　　應(yīng)變式傳感器是利用電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器，傳感器由在彈性元件（感知應(yīng)變）上粘貼電阻應(yīng)變敏感元件（將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化）構(gòu)成。當(dāng)被測物理量作用在彈性元件上時(shí)，彈性元件的變形引起敏感元件的阻值變化，通過轉(zhuǎn)換電路將其轉(zhuǎn)變成電量輸出，電量變化的大小反映了被測物理量的大小。應(yīng)變式傳感器可以測量應(yīng)變應(yīng)力、彎矩、扭矩、加速度、位移等物理量。

　　應(yīng)變是物體在外部壓力或拉力作用下發(fā)生變形的現(xiàn)象，當(dāng)外力去除后物體又能完全恢復(fù)其原來的尺寸和形狀的應(yīng)變稱為彈性應(yīng)變，具有彈性應(yīng)變特性的物體稱為彈性元件。電阻應(yīng)變片的工作原理是基于應(yīng)變效應(yīng)，即在導(dǎo)體產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí)，它的電阻值相應(yīng)發(fā)生變化。

　　三、應(yīng)變式傳感器組成

　?。?）敏感柵敏感柵是應(yīng)變片的核心部分，感受應(yīng)變，并將應(yīng)變轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮璧淖兓?。敏感柵有絲式、箔式和薄膜式3種。

　?。?）基底基底是將傳感器彈性體表面的應(yīng)變傳遞到電阻絲柵上的中間介質(zhì)，并起到電阻絲與彈性體之間絕緣和保護(hù)的作用?；慕^緣性要好，否則，應(yīng)變片的微小變化就要漏掉。基底一般由薄紙、膠質(zhì)膜等組成。

　?。?）粘結(jié)劑粘結(jié)劑用于敏感柵與基底、基底與試件、基底與覆蓋層之間的粘結(jié)。

　?。?）覆蓋層覆蓋層具有保護(hù)應(yīng)變片的作用，同時(shí)防濕、防腐蝕和除塵。

　?。?）引線引線用于連接電阻絲與測量電路，輸出電參量。

　　四、常見的金屬應(yīng)變片

　　常見的金屬應(yīng)變片有金屬絲式應(yīng)變片、金屬箔式應(yīng)變片以及金屬薄膜應(yīng)變片等。

　?。?）絲式應(yīng)變片是一根金屬絲按圖示形狀彎曲后用膠黏劑貼于襯底，襯底用紙或有機(jī)聚合物等材料制成，電阻絲的兩端焊有引線，電阻絲的直徑為0.012～0.050mm。絲柵狀的電阻絲可以作成V、U、H形狀。U型——彎頭呈半圓型，制造簡單，但易產(chǎn)生“橫向效應(yīng)”誤差。V、H型——可以減小“橫向效應(yīng)”誤差。

　?。?）金屬箔式應(yīng)變片是在絕緣基底上，利用光刻、腐蝕等工藝制成的一種很薄的金屬箔柵，其厚度一般為0.003～0.01mm。其優(yōu)點(diǎn)是線柵尺寸準(zhǔn)確、均勻，電阻值離散程度小，可以制成任意形狀；尺寸小（0.2mm），厚度薄（0.003～0.01mm），可撓性好；蠕變小，疲勞壽命高；散熱條件好，允許通過的電流較大，可制成各種所需的形狀，便于批量生產(chǎn)。缺點(diǎn)是電阻值的分散性大。

　?。?）金屬薄膜應(yīng)變片是采用真空蒸發(fā)或真空沉淀等方法在薄的絕緣基片上形成0.1μm以下的金屬電阻薄膜的敏感柵，最后再加上保護(hù)層。它的優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)變靈敏度系數(shù)大，允許電流密度大，工作范圍廣。缺點(diǎn)是具有負(fù)電阻溫度系數(shù)，溫度穩(wěn)定性差。

　　五、應(yīng)變式傳感器優(yōu)點(diǎn)

　　1、分辨力高，能測出極微小的應(yīng)變，如1-2微應(yīng)變；

　　2、誤差較小，一般小于1%；

　　3、尺寸小、重量輕。

　　4、測量范圍大，從彈性變形一直可測至塑性變形（1-2%），最大可達(dá)20%；

　　5、既可測靜態(tài)，也可測快速交變應(yīng)力；

　　6、具有電氣測量的一切優(yōu)點(diǎn)，如測量結(jié)果便于傳送、記錄和處理；

　　7、能在各種嚴(yán)酷環(huán)境中工作。如從宇宙真空至數(shù)千個(gè)大氣壓；從接近絕對(duì)零度低溫至近1000℃高溫；離心加速度可達(dá)數(shù)十萬個(gè)“g”；在振動(dòng)、磁場、放射性、化學(xué)腐蝕等條件下，只要采取適當(dāng)措施，亦能可靠地工作；

　　8、價(jià)格低廉、品種多樣，便于選擇和大量使用。

　　六、應(yīng)變壓力傳感器的四大常見分類

　　壓力傳感器不僅在生產(chǎn)測量中應(yīng)用廣泛，在我們?nèi)粘Ｉ钪幸渤３？梢?，現(xiàn)在大多數(shù)交通工具中都有安裝壓力傳感器，很多人知曉汽車上有壓力傳感器，其實(shí)即使是常見的普通摩托車上也是有壓力傳感器的存在。而應(yīng)變式壓力傳感器是壓力傳感器中應(yīng)用較多的一種傳感器，一般用來測量較大的壓力，廣泛應(yīng)用于測量管道內(nèi)部壓力、內(nèi)燃機(jī)燃?xì)獾膲毫?、壓差和噴射壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)和導(dǎo)彈試驗(yàn)中的脈動(dòng)壓力，以及各領(lǐng)域中的流體壓力等。

　　1.組合式

　　組合式應(yīng)變壓力傳感器中，其彈性敏感元件可分為感受元件和彈性應(yīng)變元件。其中，感受元件把壓力轉(zhuǎn)換為力傳遞到彈性應(yīng)變元件應(yīng)變最敏感的部位，而應(yīng)變片則貼在彈性應(yīng)變元件的最大應(yīng)變處。實(shí)際上，較復(fù)雜的應(yīng)變管式和應(yīng)變梁式都屬于這種型式。

　　感受元件有膜片、膜盒、波紋管、波登管等，彈性應(yīng)變元件有懸臂梁、固定梁、Π形梁、環(huán)形梁、薄壁筒等。它們之間可根據(jù)不同需要組合成多種型式。應(yīng)變式壓力傳感器主要用來測量流動(dòng)介質(zhì)動(dòng)態(tài)或靜態(tài)壓力，例如動(dòng)力管道設(shè)備的進(jìn)出口氣體或液體的壓力、內(nèi)燃機(jī)管道壓力等等。

　　2.膜片式

　　它的彈性敏感元件為周邊固定圓形金屬平膜片。膜片受壓力變形時(shí)，中心處徑向應(yīng)變和切向應(yīng)變均達(dá)到正的最大值，而邊緣處徑向應(yīng)變達(dá)到負(fù)的最大值，切向應(yīng)變?yōu)榱?。因此常把兩個(gè)應(yīng)變片分別貼在正負(fù)最大應(yīng)變處，并接成相鄰橋臂的半橋電路以獲得較大靈敏度和溫度補(bǔ)償作用。采用圓形箔式應(yīng)變計(jì)（見電阻應(yīng)變計(jì)）則能最大限度地利用膜片的應(yīng)變效果，這種傳感器的非線性較顯著。膜片式壓力傳感器的最新產(chǎn)品是將彈性敏感元件和應(yīng)變片的作用集于單晶硅膜片一身，即采用集成電路工藝在單晶硅膜片上擴(kuò)散制作電阻條，并采用周邊固定結(jié)構(gòu)制成的固態(tài)壓力傳感器（見壓阻式傳感器）。

　　3.應(yīng)變梁式

　　測量較小壓力時(shí)，可采用固定梁或等強(qiáng)度梁的結(jié)構(gòu)。一種方法是用膜片把壓力轉(zhuǎn)換為力再通過傳力桿傳遞給應(yīng)變梁，兩端固定梁的最大應(yīng)變處在梁的兩端和中點(diǎn)，應(yīng)變片就貼在這些地方。這種結(jié)構(gòu)還有其他形式，例如可采用懸梁與膜片或波紋管構(gòu)成。

　　4.應(yīng)變管式

　　應(yīng)變管式亦稱應(yīng)變筒式，它的彈性敏感元件為一端封閉的薄壁圓筒，其另一端帶有法蘭與被測系統(tǒng)連接。在筒壁上貼有2片或4片應(yīng)變片，其中一半貼在實(shí)心部分作為溫度補(bǔ)償片，另一半作為測量應(yīng)變片。當(dāng)沒有壓力時(shí)4片應(yīng)變片組成平衡的全橋式電路；當(dāng)壓力作用于內(nèi)腔時(shí)，圓筒變形成“腰鼓形”，使電橋失去平衡，輸出與壓力成一定關(guān)系的電壓。